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Die Entdeckungsgeschichte der Atmosphärischen Impuls-Strahlung (AIS) ist aufs engste mit der Entwicklung der Radiotechnik verbunden, die zum Ende des 19. Jahrhunderts als ‘drahtlose Telegraphie’ auf den Labortischen eines A. POPOW, G. MARCONI, E. BRANLEY u.a. begonnen hat. Schon bei den ersten Versuchen einer Nachrichtenübertragung zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen mit Hilfe der neuen, technisch erzeugten ‘Längst-wellen’ im kHz-Bereich trat die AIS zeitweise als ein erheblicher Störfaktor auf, der durch ein Prasseln, Knacken, Pfeifen o.ä. die Sendungen nicht selten bis zu ihrer Unkenntlichkeit überlagerte. Es setzte international deshalb schon bald - aus verständlichen Gründen beson-ders angeregt im ersten Weltkrieg - eine nahezu stürmische Erforschung dieser el. magn. Störer oder Parasiten, ‘parasites atmosphériques (franz.), ‘atmospherics’ (engl.) oder kurz ‘Sferics’ ein, um sie durch technische Vorkehrungen im Empfänger zu unterdrücken. Bald stellte sich heraus, daß diese ‘Störstrahlung’ zwar über weite Abschnitte des auch für die Radioübertragung benutzten VLF - Langwellenbereichs auftrat, sich aber im Gegensatz zu den technisch erzeugten Radiowellen aus rasch aufeinanderfolgenden stark gedämpften Einzelimpulsen bei Folgefrequenzen bis über 100 Hz (ELF-Bereich) zusammensetzte.
Gleichzeitig wurde umgekehrt auch die hervorragende Eignung dieser AIS für die Fern-erkundung von Wetterfronten, Gewitterherden oder Schauergebieten vor allem in England und Frankreich erkannt und bereits zu Beginn der 20er Jahre mit Hilfe von entsprechend ausgelegten Peilantennen für die Wetterüberwachung bzw. Wettervorhersage genutzt. Der weitere rasche technische Fortschritt erlaubte schon Anfang der 30er Jahre den Empfang der AIS getrennt nach betimmten VLF-Frequenzbändern. Nach eingehenden Vergleichen von Sfericsregistrierungen mit Wetterdaten gelang es in internationaler Zusammenarbeit z.B. in Frankreich R. BUREAU, in England R.A. WATSON WATT und in der Schweiz J. LUGEON, charakteristische Wettteraktivitäten, z.B. die hochreichende Turbulenz bei Gewittern oder die horizontalen Luftströmungen bei stabiler Schichtung, mit Hilfe der Frequenzbänder bei 12, 27 und 50 kHz zu unterscheiden oder die Herkunft (polar, tropisch) der beteiligten Luftmassen zu bestimmen. Damit waren bereits vor dem zweiten Weltkrieg die Grundlagen für eine Radiometeorologie auf der Basis des Sfericsempfangs gelegt.
Gleichzeitig gerieten diese atmosphärischen Parasiten im Rahmen meteorobiologischer Untersuchungen in den dringenden Verdacht, neben ihrer Eignung zur Wettererkundung auch der schon seit historischen Zeiten gesuchte biotrope Wetterfaktor zu sein, d.h. eine biologische Wirksamkeit zu entfalten. C. DORNO war wohl einer der ersten, die sich im modernen Sinne eingehend Gedanken über den kausalen Wirkungsweg beim Entstehen der Wetterfühligkeit gemacht haben, indem er von einer Reizung des Nervensystems durch die ‘Hochfrequenzwellen’ der AIS ausging. Noch in den 30er Jahren sahen z.B. auch B. und T. DÜLL in der Auffindung des biotropen Wetterfaktors das Zentralproblem der Meteorobiologie und gingen dabei besonders von nichtthermischen Wirkungen kurzer, mittellanger und langer Hochfrequenzstrahlung aus, wobei sie auch solare und kosmische Strahlungsarten in Betracht zogen. Zukunftsweisend verlagerten sie die Ansatzpunkte hierfür auf die Felder der Biochemie, Molekularbiologie und Biophysik.
Während des 2. Weltkrieges wurde dann zum zweiten Mal im Laufe des Jahrhunderts die AIS von den Militärs zur Wetterfernerkundung eingesetzt und der weitere Ausbau der Em-pfangstechnik verständlicherweise zur Geheimsache erklärt. So konnten von Deutschland aus durch Peilung über Langdrahtantennen immerhin kriegswichtige meteorologische Informationen, wie z.B. Gewitter über dem Baltikum, Spanien oder der Syrte, oder auch Kaltfronten, Schauergebiete, sowie Kalt- oder Warmluftvorstöße vom Westatlantik bis zum Kaukasus eingeholt und in radiometeorologischen Wetterkarten dargestellt werden.
In der Nachkriegszeit versanken aus unerklärlichen Gründen alle diese Kenntnisse und Techniken in den Archiven und wurden weder von der luftelektrischen Forschung aufgegriffen noch fanden sie Eingang in die Praxis der Wetterdienste. Allein aus biometeorologischen Fragestellungen im Zusammenhang mit der Wetterabhängigkeit von Narben-, Stumpf- oder Phantomschmerzen der vielen Kriegsverletzten hat in den 50er Jahren R. REITER in Garmisch-Partenkirchen den Zusammenhang der AIS mit dem aktuellen Wettergeschehen eingehend untersucht und mit den Patientendaten verglichen. Auch er konnte mit den ihm damals zur Verfügung stehenden technischen Mitteln die AIS zumindest in einen höherfrequenten Teil I (10 - 50 kHz) und einen niedriger frequenten Teil II (4 - 12 kHz) aufteilen und jeweils charakteristischen Wettersituationen (I: Kaltluftzufuhr unter labilen Schichtungsbedingungen, II: Warmluftzufuhr bei überwiegend stabiler Luftschichtung) zuordnen und gleichzeitig seine Erwartung bestätigen, in der ‘Längst-wellenstrahlung’ den wesentlichen biometeorologischen Wetterindikator gefunden zu haben. Trotz vieler, auch internationaler, Forschungsansätze blieb jedoch die Kausalitätsfrage nach dem Entstehen der "Wetterschmerzen" weiterhin unbeantwortet.
Etwa 20 Jahre nach den Arbeiten R. REITERS ergab sich aus wirtschaftlichen Erfordernissen in der graphischen Industrie erneut ein Forschungsimpuls für die AIS im Zusammenhang mit ihrer vermuteten biologischen Wirksamkeit. Seit Einführung des Kupfer-Tiefdruckverfahrens beim Vierfarbendruck waren in der graphischen Industrie spontan auftretende und wetterabhängige Farbverschiebungen in den Druckerzeugnissen beobachtet worden, die beim Einsatz der gegenüber den Druckplatten um ein Vielfaches leistungsfähigeren Rotationspressen ab ca. 1960 nicht selten zu unerträglich hohen Ausschußquoten und betrieblichen Verlusten führten.
Durch umfangreich angelegte Untersuchungen und nach der Entwicklung einer aufwendigen Empfangs- und Meßanlage für c.d. Sferics (s. Kap. 3!) gelang es Hans BAUMER beim F. BRUCKMANN KG Verlag (München) in Zusammenarbeit mit Prof.Dr. Josef EICHMEIER (Technische Universität München), die wetterabhängigen Farbänderungen in den Drucker-zeugnissen auf die Beeinflussung der biochemischen Membraneigenschaften der beim Ätzen der Kupferzylinder verwendeten Dichromat-Gelatine zurückzuführen und mit spontan auftretenden Intensitätssteigerungen in bestimmten Frequenzbereichen der AIS in Verbindung zu bringen. Entscheidend waren dabei wetterabhängige und nicht zu beeinflussende Änderungen der Diffusionseigenschaften dieser sehr dünnen Gelatine-membrane, die beim Ätzvorgang den Zylinderoberflächen dicht auflagen.
Das abweichende und von der AIS abhängige Verhalten dieser Dichromat-Gelatine ließ sich mit Hilfe von Diffusionszeitänderungen für das Ätzmittel Eisen-3-Chlorid im Tauchbad quantitativ und reproduzierbar nachweisen und konnte schließlich mit Hilfe biochemischer Arbeitshypothesen über makromolekulare Strukturänderungen im hochstandardisierten Kollageneiweiß der Gelatinemembrane mit der Folge veränderter Porenweiten erklärt werden (H.BAUMER, J. EICHMEIER). Die spezifische Wirksamkeit der AIS bestand z.B. darin, daß bei erhöhter Aktivität im Bereich 28 kHz die Diffusionszeit für das Ätzmittel sich verkürzte, hingegen eine erhöhte Aktivität bei 10 und 8 kHz sich verlängernd auf die Diffusionszeit auswirkte, so daß sich in beiden Fällen fehlerhafte Abweichungen in der Tiefenätzung der Kupferoberflächen ergaben. Da für die Qualität der Farbwiedergabe im Druck die exakte Einhaltung der Ätztiefe Voraussetzung ist, führen geringste Änderunegn dabei bereits zu nicht mehr tragbaren Farbverschiebungen.
Um diesen Qualitätsansprüchen zu genügen, mußte die Meßgenauigkeit der Sferics- empfangsanlage in mehreren Schritten dem wetterabhängigen (meteorotropen) Verhalten der Dichromat-Gelatine angepaßt werden, so daß schließlich alle Sfericsimpulse zwischen 3 und 50 kHz breitbandig erfaßt und nach den Formkriterien ihrer biochemischen Wirksam-keit selektiert werden konnten. Langfristige Meßreihen ergaben schließlich festliegende Häufigkeitsmaxima der Einzelimpulse bei 4, 6, 8, 10, 12, 28 und 50 kHz (s.Kap.3), jeweils mit Bandbreiten von ± 500 Hz. Die laufende Intensitätsmessung der AIS in diesen Frequenz-kanälen und die entsprechend zeitgenaue Aussteuerung des Ätzvorganges ermöglichten es H. BAUMER schließlich, die Ausschußquoten von 30% auf fast 3% zu senken.
Der korrelationsstatistische Vergleich längerfristiger Registrierreihen der AIS mit dem nach medizinmeteorologischen Kriterien klassifizierten täglichen Wetterablauf zeigte andererseits einen ebenfalls frequenzspezifischen engen Zusammenhang zwischen der AIS und charakteristischen Vorgängen der atmosphärischen Wetterdynamik auf. So konnte z.B. ein enger Zusammenhang zwischen dem Auftreten des 28 kHz-Bandes und der mit hoch-reichender Turbulenz verbundenen Kaltluftaktivität auf der Rückseite von Tiefdruck-gebieten gefunden werden, während die verstärkte Horizontalströmung von Warmluft an der Tiefvorderseite unter stabilen Schichtungsbedingungen eindeutig mit einer erhöhten Sfericsaktivität im Bereich von 10 und 8 kHz verbunden war. Darüberhinaus zeigten weitere meteorologische Analysen statistisch gesicherte Zusammenhänge von Einzelprozessen im Wetterablauf mit immer wiederkehrenden Frequenzkombinationen (W. SÖNNING).
Es soll nicht geleugnet werden, daß die Ergebnisse dieser zwischen 1977 und 1990 bestehen-den Münchner Arbeitsgruppe in Expertenkreisen kontroverse Diskussionen auslösten und insbesonders von internationalen Fachgremien vielfach als unwissenschaftlich, falsch oder als ‘Laienforschung’ abqualifiziert wurden und immer noch werden. Bedauerlich dabei ist vor allem, daß durch entsprechend negative und bewußt falsche gutachterliche Äußerungen wiederholt eine Fortsetzung ihrer Forschungsarbeiten verhindert worden ist. Abgesehen davon würde bereits beim gegenwärtigen Kenntnisstand die Anwendung der nach H. BAUMER frequenzspezifisch analysierten AIS sowohl in der Praxis der Wettererkundung als auch bei biometeorologischen Fragestellungen als ein überragend gut geeigneter Wetter-indikator zu rechtfertigen sein.
Zur objektiven Beurteilung der Befunde dieser Arbeitsgruppe bezüglich der AIS sei zusam-menfassend nochmals darauf hingewiesen, daß
modernster Mikroelektronik und nur im Rahmen betriebswirtschaftlicher Kosten-Nutzen
Analysen beim F. BRUCKMANN K.G. Verlag in München durchführen konnte;
Aus der luftelektrischen Forschung ist seit langem bekannt, daß die AIS Ausgleichsvorgängen zwischen elektrisch negativen und positiven Raumladungen ("Ladungswolken") innerhalb der Troposphäre, der Wetterschicht der Atmosphäre, entspringt, die sich vom Erdboden bis etwa 10 km Höhe erstreckt. Die hierzu notwendigen elektrischen Ladungen (freie Elektronen und Ionen unterschiedlicher Größe und Polarität) entstehen durch verschiedene natürliche Prozesse, wie z.B. durch die natürliche Radioaktivität des Erdbodens, die UV-Strahlung der Sonne, die kosmische Höhenstrahlung oder über den Weg der Ladungstrennung durch Zerteilung von Wassertröpfchen oder Eiskristallen in der Wolkenturbulenz (LENARD-Effekt).
Für den Aufbau und die Verteilung der "Ladungswolken" sorgt die Atmosphäre durch ihre turblente Bewegungsenergie selbst: Die unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen, wie die geographische Herkunft oder der Schichtungs- und Strömungszustand der am Wettergeschehen beteiligten Luftmassen führen an deren Grenzflächen oder auch luft-massenintern zu charakteristischen turbulenten Austauschbewegungen aller Größenord-nungen, angefangen von thermisch angeregter lokaler Konvektion (Thermik) bis zum hori-zontalen hemispherischen Luftmassenaustausch (Dynamik) über mehrere tausend Kilo-meter zwischen den Hoch- und Tiefdruckgebieten. Diese Bewegungsabläufe, die außerdem noch der Steuerung durch die Schwer- und Corioliskraft unterliegen, wirken beim Aufbau und bei der Verteilung der negativ oder positiv geladenen "Ladungswolken" wie ein thermodynamisch angetriebener Generator: die elektrische Potentialgefälle zwischen diesen Raumladungswolken führen schließlich zum Spannungsausgleich in ‘stillen’, d.h. unsicht-baren ‘Dunkelfeldentladungen’. Quantitative Analysen dieser Entladungsvorgänge würden allerdings sehr weit in die Gebiete der Hydro- und Elektrodynamik, der Turbulenz- und Chaostheorie sowie der Gaselektronik einschließlich der modernen Plasmaphysik führen und sind offenbar bisher noch nicht unternommen worden. Wesentlich für die räumliche Orientierung und Ausdehnung dieser elementaren Entladungsvorgänge ist jedoch der Turbulenz- bzw. Konvektionszustand der Luft nach Größe und Richtung, weshalb die davon ausgehenden - und bislang nur phänomenologisch darstellbaren Impulswellen in der Fachliteratur auch als convective discharge sferics (c.d. Sferics) bezeichnet werden.
Jeder einzelne dieser ca. 40 Mikrosekunden dauernden Entladungstöße, die immer nur über eine Strecke zwischen 40 und 100 Metern bei einer Breite von ca. 50 cm bis wenige Meter im Luftraum verlaufen, bildet den Quellbereich einer in alle Richtungen mit Lichtgeschwindigkeit sich ausbreitenden elektromagnetischen Raumwelle besonderer Form, der zunächst noch keine feste Frequenz zugeordnet werden kann. Ihr zeitlicher Feldverlauf ähnelt einer stark gedämpften Sinusschwingung von ca. eineinhalb Wellenlängen und ist auch als EMP (ElectroMagnetic Puls) bekannt. Seine wesentlichen Formkriterien sind die Steilheit der Anstiegsflanke (Amplitudenhöhe) sowie deren Polarisation, die nur von der Stärke des Entladungsstroms (=Menge der beteiligten Ladungen) bzw. seiner Richtung abhängen.
Bei ihrer Ausbreitung unterliegt diese EMP-Welle durch die filternden und dämpfenden Eigenschaften des elektromagnetisch nicht neutralen atmosphärischen Raumes einer Formveränderung, die sich darin zeigt, daß ihre ursprünglich kontinuierlich verteilte Feldenergie in bestimmte festliegende Frequenzbänder ‘abwandert’, wobei die nachgewiesenen Frequenzen umso höher liegen, je steiler die Anstiegsflanke des ursprünglichen EMP verläuft, wie Fourieranalysen zeigen. Das Erscheinen dieser Frequenzbänder bei 4, 6, 8, 10, 12, 28 und ggf. 50 kHz hängt folglich von der je nach Wetterlage unterschiedlichen Leistungsfähigkeit des thermodynamisch angetriebenen atmosphärischen Generators ab.
Zum Aufbau der Energie für einen sichtbaren Gewitterblitz muß der atmosphärische Generator gegenüber der Auslösung eines c.d. Sferics eine um ein Vielfaches höhere elektrische Energie in Form gewaltiger Mengen von positiven und negativen Ladungsträgern bereitstellen. Erst nach Erreichen einer ‘kritischen Masse’ wird eine entsprechend große Zahl von unsichtbaren und sich wie in einer Art Kettenreaktion fortpflanzender Vorentladungen (Ruckstufen oder stepped leader) ausgelöst, die jeweils einen EMP aussenden. Ihr Zick-Zack-Kurs von Wolke zu Wolke oder von den Wolken zur Erde (oder umgekehrt) zeichnet allerdings erst die Strecke für die unmittelbar folgende und wesentlich energiereichere Hauptentladung, den sichtbaren Blitz, vor. Ihm entspringt nur ein einziges Signal, jedoch mit wesentlich höherer Feldenergie, mit ganz anderer Frequenzstruktur und etwa 1000 fach längerer Andauer. Im Rahmen der Wetterdiagnostik eignen sich deshalb diese Signale nur zur Blitzzählung und enthalten, abgesehen vom Hinweis auf Gewitterlabilität, keine sonstigen meteorologischen Informationen. Da sie auf Grund ihrer Formcharakteristik (kontinuierliches Spektrum) außerdem keine biologische (nichtthermische) Wirksamkeit entfal-ten können, sollen sie in unserem Zusammenhang nicht weiter betrachtet werden. Sofern in der Empfangstechnik beide sehr unterschiedliche Signalformen erkannt und getrennt werden können, lassen sich aus der Verlaufscharakteristik der EMP’s dieser Vorentladungen (Anzahl, Impulsfolgefrequenzen, Häufigkeiten, etc.) eine Reihe von Informationen über die Dynamik der Gewitterwolke selbst entnehmen.
Der empirisch gefundene enge Zusammenhang zwischen den genannten Frequenzbereichen der AIS und charakteristischen Wettervorgängen einerseits, sowie der Nachweis der biochemischen Wirksamkeit bestimmter Frequenzbereiche der AIS andererseits kann als ein erster Schritt in Richtung einer kausalen und quantitativen Beschreibung der Meteoro-tropie biologischer Funktionssysteme angesehen werden. Dieser Zusammenhang ist vor allem deshalb bedeutungsvoll, weil es dadurch möglich geworden ist, die von der Medizinmeteorologie in einer großen Zahl von Untersuchungen phänomenologisch beschriebenen meteorotropen Syndrome bei Mensch und Tier an die frequenzspezifische Darstellung der AIS nach H. BAUMER anzubinden. In weitergehenden Untersuchungen am Max-Planck-Institut für Biochemie (Prof.Dr. Ruhenstroth-Bauer) konnten z.B. enge und z.T. sehr differenzierte Zusammenhänge zwischen AIS und dem meteorotropen Verhalten medizinisch-klinischer oder biologischer Kollektive, wie z.B. Epilepsie, Herzinfarkte, Hörstürze, Schlafstörungen, EEG-Ableitungen, sowie Entzündungsreaktionen im Rattenversuch in sehr guter Übereinstimmung mit früheren "klassischen" medizinmeteorologischen Befunden nachgewiesen werden.
Weitere Informationen und Literatur beim Verfasser!
Dezember 2000